Jak určit hustotu dřeva?
Hustota materiálu je charakterizována poměrem tělesné hmotnosti k objemu, takže hustota dřeva by měla být přesně objemová hmotnost, a nikoli objemová hmotnost (jak se stále nachází v referenční a vzdělávací literatuře). Faktem je, že hodnota „váhy“ nemůže být konstantní pro různé geografické body Země (závisí na gravitačním zrychlení). V důsledku toho je zásadně nesprávné charakterizovat vlastnost dřeva proměnným ukazatelem Hustota (dříve se používal termín „měrná hmotnost“) dřevité hmoty tvořící buněčné membrány málo závisí na druhu. to se vysvětluje téměř identickým chemickým složením dřeva různých druhů. Relativní hustota dřevní hmoty je bezrozměrná veličina rovna poměru hustoty pд souhrn látek, které tvoří buněčnou membránu na hustotu vody při 3,98 °C:
Hodnotu d lze určit různými způsoby. Tento indikátor lze například určit ponořením velmi tenkých (mikrotomových) řezů dřeva do roztoku dusičnanu vápenatého o různých koncentracích; hustota roztoku, ve kterém plátky zůstanou zavěšené, se bude rovnat hustotě dřevěné hmoty. V závislosti na způsobu stanovení se hodnoty d mírně liší. Podle různých autorů se d pohybuje v rozmezí 1,499–1,564 a v průměru se považuje za 1,54. Hustota dřeva se určuje podle vzorce:
kde pw je hustota dřeva při dané vlhkosti W, kg/cm 3 ; mw — hmotnost vzorku dřeva při vlhkosti W, kg; PROTIw – objem dřeva při vlhkosti W, m3.
Pro experimentální stanovení hustoty dřeva se používají vzorky ve formě obdélníkového hranolu se základnou 20X20 mm a výškou (podél vláken) 30 mm. Hmotnost vzorku lze určit jedinou metodou – vážením na pákové váze. Vážení se provádí na vahách s přesností 0,001 g Objem vzorku lze určit dvěma způsoby: třemi lineárními měřeními (šířka, tloušťka a výška) a speciálním přístrojem – objemoměrem. Kromě toho je nutné stanovit vlhkost vzorku v době testování a někdy i objemový koeficient bobtnání. K tomu je třeba uvést vzorek v sušicí skříni do zcela suchého stavu a změřit jeho hmotnost (někdy objem).
Pro stanovení objemu pomocí první metody se šířka a tloušťka vzorku měří uprostřed výšky a výška – mezi středy základen. Měření se provádí libovolným měřicím přístrojem (mikrometr, posuvné měřítko, zařízení s číselníkovými úchylkoměry atd.) s přesností 0,01 mm. Objem vzorku se rovná součinu tří získaných hodnot a je vyjádřen ve zlomcích metru krychlového. Je zcela zřejmé, že přesnost stanovení objemu vzorku pomocí popsané metody závisí na pečlivosti věnované přípravě vzorku a může se snížit, pokud se tvar vzorku liší od pravoúhlého rovnoběžnostěnu. Při použití objemoměru může mít vzorek libovolný tvar, jelikož zařízení je založeno na měření objemu nesmáčivé kapaliny ve dřevě po ponoření vzorku. Objem vzorku se vypočítá s přesností na 0,01 cm 3 podle vzorce:
kde n je cena jednoho dílku kruhové stupnice na klipu.
Dosazením nalezených hodnot mw a Vw do vzorce se hustota vypočítá s přesností na 1 kg/m3. Hustota výrazně závisí na vlhkosti dřeva. Referenční literatura obvykle poskytuje údaje o hustotě dřeva při obsahu vlhkosti 15 % (str15). Někdy výpočty zahrnují hustotu dřeva ve zcela suchém stavu. Často je nutné operovat s údaji o hustotě při jiných hodnotách vlhkosti. Tyto ukazatele lze přímo experimentálně stanovit hmotností a objemem vzorku odpovídající dané vlhkosti.
Často však stačí určit hustotu při jakékoli vlhkosti pod nebo nad hygroskopickou hranicí a poté pomocí převodních vzorců nejprve získat hodnotu p15a poté požadovanou hodnotu hustoty při dané vlhkosti. Pokud byla v době testování vlhkost vzorku v rozsahu od nuly do hranice hygroskopičnosti (tj. do 30 %), z jakékoli zjištěné hodnoty hustoty můžete vypočítat hustotu při vlhkosti 15 % pomocí vzorec:
kde p15 — hustota dřeva při vlhkosti 15 %; pw je hustota dřeva v době testování; W je vlhkost vzorku, která se pohybuje v rozmezí od 0 do 30 %; Kr.ob – objemový koeficient bobtnání, %. Vezmeme průměr pro dřevo z akátu bílé, břízy, buku, habru a modřínu Kр.0b rovna 0,6, získáme ze vzorce následující výraz:
Pro ostatní horniny s Kr.ob rovnou 0,5 hustota p15 lze vypočítat pomocí vzorce:
Vzorce se použijí, pokud při testování není stanovena přesná skutečná hodnota koeficientu bobtnání. Pokud je vlhkost dřeva v době zkoušky vyšší než 30 %, zjištěnou hustotu přepočítat na p15 Používají se následující vzorce: pro dřevo akát bílý, bříza, buk, habr a modřín:
pro dřevo jiných druhů:
Pro mnoho výpočtů je velmi vhodné mít charakteristiku hustoty dřeva, která nezávisí na jeho vlhkosti – podmíněnou hustotu dřeva. Podmíněná hustota dřeva je určena vzorcem:
kde mо — hmotnost vzorku dřeva v absolutně suchém stavu, kg; Vmax je objem vzorku při vlhkosti nad hygroskopickou hranicí, m3.
Experimentálně je podmíněná hustota dřeva stanovena na vzorcích (20X20X30 mm) vyříznutých z polotovarů předem namočených ve vodě (do získání maximálního objemu). Změřte délku, šířku a tloušťku každého vzorku a na základě těchto údajů určete Vmax. Poté se vzorky vysuší a hmota se usadí do zcela suchého stavu – mо. Dosazením nalezených hodnot do vzorce vypočítejte pkonv s přesností 1 kg/m 3 . Hodnota podmíněné hustoty je velmi blízká hodnotě hustoty dřeva v absolutně suchém stavu. Vztah mezi těmito ukazateli je vyjádřen vzorcem:
kde Y je úplné smrštění. Pokud je známa hodnota p, lze také vypočítat podmíněnou hustotu dřeva akátu bílého, břízy, buku, habru a modřínu.15 podle vzorce:
Podmíněná hustota jiných hornin – podle vzorce:
Hodnota hustoty dřeva různých druhů se pohybuje ve velmi širokém rozmezí: mezi našimi druhy je dřevem s velmi nízkou hustotou jedle sibiřská (380), vrba bílá (420) atd. a nejhustší je buxus. (970), bříza železná (980), saxaul (1050) a jádro pistácií (1110). Podle hustoty dřeva při 15% vlhkosti lze všechny naše druhy rozdělit do tří skupin:
horniny s nízkou hustotou (hustota 550 nebo méně); Do této skupiny jehličnatých druhů patří borovice, smrk (všechny druhy), jedle (všechny druhy), cedr (všechny druhy), jalovec obecný a listnaté druhy – topol (všechny druhy), lípa (všechny druhy), vrba (všechny druhy) , osika, černá a bílá olše, kaštan, bílý, šedý a mandžuský ořech, amurský samet;
středně husté horniny (hustota 560-750); Do této skupiny patří jehličnaté dřeviny: modřín (všechny druhy) tis, listnáče – bradavičnaté, pýřité, žlutá a černá bříza, východní a evropský buk, jilm, hrušeň, dub letní, východní, bažinný, mongolský, jilm, jilm, javor ( vše druhy), líska, ořech, platan, jeřáb, tomel, jabloň, jasan obecný a mandžuský;
horniny s vysokou hustotou (hustota 760 a vyšší): akát bílý a písek, bříza železná, akát kaspický, glogovina, bílý ořech, habr, zelkova, dub kaštanový a araxinský, železné dřevo, jahodník, dřín, maklura, saxaul bílý, zimostráz, pistácie a chmelovec obecný .
Mezi cizími horninami je jak velmi nízká (např. balsa z tropického pásma Jižní Ameriky, 100-130), tak velmi vysoká hustota (např. backout s hustotou 1350). Průměrné hodnoty hustoty p15 a pkonv pro nejběžnější plemena jsou uvedeny v tabulce. 19.
Tabulka 19. Průměrné hodnoty hustoty s15 a pkonv.
Podmíněná hustota Pkonv kg/m3